Химия. Сборник задач и упражнений. Учебно-методическое пособие

11. Определите по формулам высших оксидов номера групп, в которых находятся элементы Э, образующие оксиды состава: Э2О, Э2О3,

Э2О5, ЭО3.

12. Какие из ионов элементов пятого периода: Rb+, Sr2+, Zr4+, Ag+, Te2–, I– по строению электронной оболочки одинаковы с атомом криптона?

13. Напишите полные электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 19 и 21. Какие это элементы? Укажите валентные электроны атомов этих элементов.

14. Являются ли ионы O2– и S2– аналогами по строению внешних электронных оболочек?

15. Являются ли ионы F– и Mn2 + аналогами по строению внешних электронных оболочек?

16. Электронные оболочки каких из ионов Sb3+, Te2–, I–, Cs+ одинаковы по строению электронной оболочки атома ксенона (Хе)?

17. Элемент имеет в основном состоянии электронную конфигурацию внешней оболочки 3d54s2. Определите по периодической таблице, какой это элемент и запишите его полную электронную формулу.

18. Назовите возможные значения всех четырех квантовых чисел для каждого из четырех электронов бериллия.

19. Сколько неспаренных электронов имеет атом каждого из следующих элементов: Si, Mg, Fe, Tl? Какое максимальное количество электронов могут отдать эти элементы при окислении?

20. Какова электронная формула внешних электронных оболочек ионов: Cd2+ , Cr3+ , Mo4+ , Sr2+? У каких из этих ионов внешняя элек-

тронная оболочка сходна с внешней электронной оболочкой инертных газов?

21.Назовите элементы, соответствующие следующим характеристикам:

а) щелочной металл с валентным электроном на 5s орбитали; б) неметалл с валентными электронами на 5р орбитали.

22.Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число ml при орбитальном квантовом числе l = 0; 1 и 2?

23.Какова электронная формула внешних электронных слоев ионов: K+ , Cd2+ , Sn2+ , Se2–? У каких из этих ионов внешняя электронная оболочка сходна с внешней электронной оболочкой инертных газов?

24.Какие ионы мышьяка (As) и селена (Se) имеют одинаковое электронное строение с атомом криптона (Kr)?

11

25.Определите, какие элементы в периодической таблице имеют электронную формулу внешних электронов (n–1)d4ns2. Напишите их химические символы и полную электронную формулу одного из них.

26.Какие ионы одинаковы по строению своих внешних электронных оболочек: S2– и Cl– или Сl– и Br–?

27.Какие ионы элементов второго периода одинаковы по строению электронной оболочки с атомом неона Ne?

28.Какие из частиц: S, Cl+ , P3+ , Si2+ – одинаковы по своему электронному строению?

29.Чем различаются электронные конфигурации валентных оболочек атомов щелочных металлов в основном состоянии?

30.Элемент со степенью окисления –2 имеет электронную конфигурацию валентных оболочек 4s24p6. Определите, какой это элемент. Укажите значения квантовых чисел валентных электронов данного атома.

12

Тема 3

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Задание 1. Термохимические уравнения.

Запишите термохимическое уравнение реакции образования вещества (табл. 5). Значения стандартной энтальпии образования вещества

f H298o приведены в приложении 1.

Задание 2. Тепловой эффект химических реакций. Закон Гесса.

1. Основной процесс, протекающий в доменной печи, описывается уравнением

Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2.

Рассчитайте, сколько теплоты Q (кДж) выделяется или поглощается при получении 112 кг железа?

13

2. Реакция горения ацетилена C2Н2 выражается уравнением

C2H2 + 5/2 O2 = 2 CO2 + H2O(ж); r H298o = –1298 кДж/моль.

Определите энтальпию образования f H298o ацетилена. 3. Рассчитайте теплоту процесса испарения воды r H298o

f H298o (Н2О(г)) = –241,8 кДж/моль.

4.Какая теплота Q выделится при сгорании 5 молей ацетилена

C2H2 + 5/2 O2 = 2 CO2 + H2O(ж)?

5. Определите стандартную энтальпию образования f H298o сероуглерода CS2(ж), если протекает реакция

CS2 + 3 O2 = CO2 + 2 SO2, r H298o = –1077,7 кДж/моль. 6. Разложение хлората калия протекает по уравнению

KСlO3(к) = KCl(к) + 3/2 O2.

Какое количество теплоты Q выделилось, если объем кислорода после реакции составил 2,24 л (н.у.)?

7. Определите стандартную энтальпию образования f H298o Fe2O3, вступившего в реакцию

Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2, r H298o = –269 кДж/моль.

8. Какое количество теплоты Q необходимо для разложения 2,5 г карбоната меди по реакции

CuCO3(к) = CuO(к) + CO2(г)?

14

9. Определите стандартную энтальпию реакции r H298o

Fe2O3 + 2 Al = 2 Fe + Al2O3. 10. Вычислите тепловой эффект реакции r H298o

2 Р(к) + 5 Cl2(г) = 2 PCl5(к),

если известны тепловые эффекты следующих реакций:

2 Р(к) + 3 Cl2(г) = 2 PCl3(к), r H298o = – 645 кДж/моль

PCl3(к) + Cl2(г) = PCl5(к), r H298o = –126 кДж/моль. 11. Дано термохимическое уравнение реакции

SiO2 + CaO = CaSiO3, r H298o = –88 кДж/моль.

Определите стандартную энтальпию образования f H298o CaSiO3.

12. Определите стандартную энтальпию образования f H298o метана, получаемого по реакции

С + 2 Н2 = СН4,

если его энтальпия сгорания сгорH298o равна –890 кДж/моль, а энталь-

пии сгорания водорода и углерода равны –285 и –392 кДж/моль соответственно.

13. Вычислите стандартную энтальпию образования f H298o нитрида алюминия AlN, получаемого по реакции

NH3(г) + AlCl3(г) = Al(к) + HCl(г)?

если для получения 1 г AlN необходимо затратить 0,92 кДж теплоты. 14. Какая теплота Q (кДж) выделится при сгорании 112 л водяного

газа

СО + Н2 + О2 = СО2 + Н2О, представляющего смесь равных объемов Н2 и СО?

15

15. Процесс восстановления железа выражается уравнением

Fe2O3 + 3 H2 = 2 Fe + 3 H2O(г).

Сколько теплоты Q (кДж/моль) выделяется или поглощается при получении 168 г железа?

16. Тепловой эффект реакции

FeO(к) + SO2(г) + ½ О2(г) = FeSO4(к)

равен –362,7 кДж/моль. Определите стандартную энтальпию образова-

ния f H298o FeSO4(к).

17. Сколько теплоты Q (кДж) выделится при восстановлении 8 г CuO, получаемого по реакции

CuO + H2 = Cu + H2O(ж)?

18. Какая теплота Q (кДж) выделяется или поглощается при получении 112 г никеля в результате процесса восстановления никеля

2 NiO + C = 2 Ni + CO2?

19. Какова энтальпия реакции r H298o получения серной кислоты

SO2(г) + H2O(г) + ½ O2(г) = H2SO4(ж)?

20. Рассчитайте энтальпию превращения графита в алмаз по следующим данным:

С(алмаз) + О2 = СО2(г), r H298o = – 397,28 кДж/моль,

С(графит) + О2 = СО2(г), r H298o = – 395,4 кДж/моль.

21. Реакция горения этилена выражается термохимическим уравнением

C2H4 + 3 O2 = 2 CO2 + 2 H2O(ж), r H298o = –1411 кДж/моль.

Рассчитайте стандартную энтальпию образования f H298o этилена, если известны теплоты образования СО2(г) и Н2О(ж).

16

22. Рассчитайте тепловой эффект реакции

S(т) + 2 N2O(г) = SO2(г) + 2 N2(г).

Каков тепловой эффект процесса при участии в реакции 2 г серы? 23. Реакция горения метана выражается уравнением

CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O(ж), r H298o = –890 кДж/моль.

Рассчитайте стандартную энтальпию образования f H298o метана. 24. Какая тепловая энергия выделится при получении 6,4 г меди

CuO + H2 = Cu + H2O(ж)?

25. Реакция горения метанола выражается термохимическим уравнением

CH3OH(ж) + 3/2 O2 = CO2 + 2 H2O(ж); r H298o = –726.4 кДж/моль.

Определите стандартную энтальпию образования f H298o метанола. 26. Дано термохимическое уравнение реакции

½ Fe2O3 + Al = Fe + ½ Al2O3, r H298o = –419 кДж/моль.

Рассчитайте стандартную энтальпию образования f H298o Al2O3. Какое количество теплоты выделяется при расходовании 1 г алюминия?

27. Определите стандартную энтальпию образования f H298o Fe2O3 при проведении восстановления железа углем

3 C + 2 Fe2O3 = 4 Fe + 3 CO2, r H298o = 464 кДж/моль.

Какое количество (m, г) железа было получено, если было затрачено 20,7 кДж энергии?

28. Процесс восстановления хрома выражается уравнением

Cr2O3 + 3 CO = 2 Cr + 3 CO2.

Какая теплота выделяется или поглощается при получении 112 г хрома?

17

29. При восстановлении 15,9 г оксида меди по реакции

CuO(т) + С(графит) = Cu(т) + СО(г)

поглотилось 10,25 кДж теплоты. Определите стандартную энтальпию

Задание 3. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы

1. Будет ли при температуре 25 °С самопроизвольно протекать реакция

3/2 C(графит) + Fe2O3(т) 2 Fe(т) + 3/2 CO2(г)?

2.Какая из двух реакций идет самопроизвольно при 100 °С:

а) NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(к),

б) 2 H2O(г) + CO2(г) = CH4 + 2 O2?

3.В каком интервале температур (до или после Травн) будет самопроизвольно протекать реакция синтеза аммиака

½N2(г) + 3/2 H2(г) = NH3(г)?

4.Возможна ли при стандартных условиях реакция

2Н2О(ж) + О2(г) = 2 Н2О2(ж)?

5.Можно ли при 25 °С получить аммиак по реакции

NH4Cl(т) + NaOH(т) NaCl(т) + Н2О(ж) + NH3(г)?

18

6. Возможна ли при стандартных условиях реакция горения кальция в атмосфере оксида углерода(II)

Са(т) + СО(г) СаО(т) + С(т)?

7. По какому уравнению при 25 ºС возможно разложение пероксида водорода? Ответ подтвердите расчетами:

а) Н2О2(г) = Н2(г) + О2(г); б) Н2О2(ж) = Н2О(ж) + ½ О2(г).

8.Рассчитайте изменение энергии Гиббса химической реакции

rG298o

Li2O(т) + Н2(г) 2 Li(т) + Н2О(г)

и определите, можно ли восстановить водородом оксид Li2O при стандартных условиях.

9. В какой области температур становится возможной реакция

BaCO3(т) = ВаО(т) + СО2(г)?

10. Могут ли при 200 °С самопроизвольно протекать следующие реакции:

а) 2 CO2 = 2 CO + O2;

б) CO + H2O(г) = CO2 + H2?

11.По величине rG298o определите, какой из оксидов: Cu2O или CuO – является более устойчивым при стандартных условиях.

12.Какая из двух реакций при стандартных условиях может идти самопроизвольно? Ответ подтвердите расчетами:

а) ½ Fe2O3 + Al Fe + ½ Al2O3;

б) Fe + ½ Al2O3 ½ Fe2O3 + Al.

13. Определите область температур, в которой возможно разложение оксида алюминия по реакции

Al2O3 2Al + 3/2 O2.

19

14. Можно ли при 25 °С получить диоксид углерода по реакции

CaCO3(т) + SO3(г) CaSO4(т) + CO2(г)?

15. Возможно ли при стандартных условиях горение кальция в атмосфере углекислого газа

2 Са(т) + СО2 2 СаО(т) + С(т)?

16. Определите область температур, в которой возможно самопроизвольное протекание реакции

Na2O(т) + CO2(г) Na2CO3(т).

17. Вычислите, при какой температуре начнется процесс диссоциации пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению

PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г)?

18. Возможно ли при стандартных условиях самопроизвольное протекание реакции? Ответ подтвердите расчетами:

Р2О5(т) + 3 Н2О(ж) 2 РН3(г) + 4 О2(г)?

19.Исходя из термодинамических данных определите, какой из оксидов, FeO или Fe2O3, более устойчив при 25 °С.

20.Рассчитайте, при каких температурах возможно самопроизвольное протекание реакций:

а) 2 NO2(г) N2O4(г);

б) N2O4(г) 2 NO2(г)?

21. На основе термодинамических расчетов определите, можно ли восстановить водородом оксид Cu2O при 25 °С

Cu2O(т) + Н2(г) 2 Cu(т) + Н2О(г).

22. Определите, при каких температурах становится возможным разложение воды

2Н2О(г) 2 Н2(г) + О2(г)?

23.В прямом или обратном направлении при 200 °С протекает ре-

акция

FeSO4(к) + СО2(г) = FeСO3(к) + SO3(г)?

20